斷層破碎帶的建模方法和意義

李少華 ，王利 ，王軍 ，李君

(1.長江大學地球科學學院，湖北 武漢 430100；2.非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430100；3.中國石油吉林油田分公司，吉林 松原 138000；4.中國石化勝利油田分公司地質科學研究院，山東 東營 257015；5.長江大學地球環(huán)境與水資源學院，湖北 武漢 430100）

0 引言

在傳統(tǒng)地質建模中，通常將斷層破碎帶當作一個面來處理，沒有考慮到斷層具有一定的體積，在這種情況下只能通過分析斷層兩邊斷塊的巖性來判斷其性質，無法明確地將斷層的結構和屬性表示出來，而且通過這種方法獲得的斷層性質可靠性較差。

前人［1-3］提出了斷層破碎帶的概念，認為斷裂帶由破碎帶和誘導裂縫帶組成，闡述了不同性質地層的斷裂帶結構特點，并且認為斷層破碎帶以斷層巖和伴生裂縫發(fā)育為主要特征。根據(jù)露頭觀測結果，金強等［4］提出斷層破碎帶由斷面充填物和派生裂縫組成，斷面充填物和派生裂縫可以沿斷面對稱分布或不對稱分布，且提出了識別方法。

目前，在斷塊油田的開發(fā)中，研究人員越來越重視斷層破碎帶，這不僅是因為其結構復雜難以識別，還因為它對控制儲層中流體的流動路徑具有重要作用。在地質建模中，斷層是建立構造模型的核心，也是建立地質模型骨架必不可少的部分。傳統(tǒng)建模將斷層當作一個面，而不是一個具有一定結構和屬性的構造帶，顯然與地表露頭顯示的地質現(xiàn)象不相符。為此，有必要將斷層破碎帶的概念引入地質建模中。

1 斷層破碎帶的內(nèi)部結構

構造活動造成地層發(fā)生拉張性或擠壓性破碎，主應力帶就是主斷層面分布區(qū)，兩盤破碎產(chǎn)生的各種巖塊等物質充填在發(fā)生斷裂的2斷層面之間的空隙中，后期發(fā)生膠結，形成斷面充填物。另外，由于應力帶的不均勻分布，在斷層面附近也可能產(chǎn)生派生裂縫。

露頭研究表明，斷層破碎帶主要由斷面充填物和派生裂縫組成。然而，在不同性質的地層中，斷層破碎帶的發(fā)育結構不同、發(fā)育規(guī)模不同，斷層破碎帶的寬度也不同［5］。斷層面附近的斷面充填物和派生裂縫呈對稱或不對稱狀態(tài)分布，其內(nèi)部結構類型見圖1。其中，a是對稱的完整斷層破碎帶結構，在斷層面之間是斷面充填物，兩邊有呈對稱分布的派生裂縫；b，c都是不完整的破碎帶結構形式，b中2斷層面之間只有斷面充填物，而c中則只含派生裂縫；d是不對稱的完整斷層破碎帶結構。斷面充填物的邊界是主要的斷裂面，而破碎帶邊界則是視研究區(qū)的具體情況而定。斷層性質不同，斷面充填物和派生裂縫的發(fā)育程度也不同［5］。

圖1 斷層破碎帶結構組合形式

2 斷層破碎帶建模方法

為了對斷層內(nèi)部結構進行表征，對斷層封堵性進行更可靠的預測，本文在斷層破碎帶概念的基礎上提出了一種新的建模方法。該方法與傳統(tǒng)建模的區(qū)別在于，儲層地質建模中，斷層破碎帶建模的地質概念和構造建模階段不同。

在A.Skorstad等［6-8］的研究中提到了一種斷層破碎帶建模方法。其具體做法是：首先，根據(jù)傳統(tǒng)的地質建模方法，將研究區(qū)進行網(wǎng)格化；然后，將斷層面兩邊等個數(shù)的網(wǎng)格當作斷層破碎帶，并將這一部分加密后單獨進行網(wǎng)格化；最后，將斷層破碎帶當作一個單獨的區(qū)域進行屬性模擬。在此基礎上，本文提出：在研究區(qū)進行網(wǎng)格化處理之前，將2條斷層面所圈定的部分當作斷層破碎帶，斷層面之間的距離由斷層破碎帶的范圍決定；然后在斷層破碎帶中，將其中的斷面充填物與裂縫帶作為單獨的區(qū)域進行表征，由此可以表示斷層破碎帶內(nèi)部斷面充填物與裂縫帶的不同組合模式；模擬斷層破碎帶內(nèi)部的屬性，最終建立了符合實際的地質模型。

新的建模方法原理如圖2所示。其中，a，b，c均是把斷層作為一個帶來考慮的，根據(jù)識別出的斷層破碎帶的不同結構類型和斷層面的分布位置作出了對斷層破碎帶的建模處理；d是把斷層作為一個斷層面時的建模處理情況。

圖2 斷層破碎帶建模處理方式

在對斷層破碎帶進行建模時，主要以斷層面的位置和斷層破碎帶的結構組合形式確定其處理方式。分述如下：

1）當斷層面在如圖1a或1b所示位置時，即當斷層面都在斷層破碎帶中間或斷層破碎帶只含有斷面充填物時，可采用圖2a所示的建模處理方式，將含有破碎帶的整個區(qū)域都表示為該地層的斷層破碎帶區(qū)。

2）當斷層面在如圖1c所示位置時，即不完整結構的斷層破碎帶只含有裂縫發(fā)育帶，而且斷層面與上盤相連而斷層破碎帶邊界與下盤相連時，可以采用圖2b所示的建模處理方式，即將與下盤相連的破碎帶區(qū)域當作斷層破碎帶處理。

3）當斷層面在如圖1d所示位置時，即具有完整不對稱結構的斷層破碎帶，而且斷層面與下盤相連而斷層破碎帶邊界與上盤相連時，可以采用圖2c所示的建模處理方式，即將與上盤相連的破碎帶區(qū)域當作斷層破碎帶處理。

4）圖2d則是將斷層當作面時的建模處理方式，即不含斷層破碎帶。

在利用地震和測井資料識別出斷層破碎帶的具體結構形態(tài)后，根據(jù)實際情況采用上述建模處理方法進行結構建模。斷層破碎帶當作一個面和當作一個帶時，建模的處理方法不一樣。具體實現(xiàn)過程如下：將斷層破碎帶當作面處理時，可以用斷層線構建出一個代表該斷層的斷層面（見圖3a）；而斷層破碎帶被當作一個復雜帶處理時，將斷層破碎帶的邊界由2個斷層面表示，在2個斷層面之間的條帶區(qū)即為斷層破碎帶區(qū)，斷層面之間的距離由斷層破碎帶的范圍決定（見圖3b）。

圖3 斷層的處理形式

根據(jù)斷層破碎帶不同的結構類型及相應的處理方式，可以得到圖4所示的模擬結果：圖4a是具有完整對稱破碎帶結構時采用圖2a的建模處理方式而模擬得到的結果；圖4b是具有只含斷面充填物的不完整結構時也采用圖2a的建模處理方式所得到的模擬結果；圖4c是具有完整不對稱結構時應用圖2b中的建模處理方式所得到的模擬結果；圖4d是具有完整不對稱結構時應用圖2c中的建模處理方式所得到的模擬結果；圖4e則是將斷層破碎帶當作一個面時的模擬結果。

圖4 斷層破碎帶組合形式模擬結果

3 斷層破碎帶建模的應用及意義

對于實際工區(qū)，在運用地震、測井等方法定性識別出地下斷層破碎帶的位置和大小后，針對斷層破碎帶內(nèi)的測井響應，采用定量識別的方法對斷層破碎帶的內(nèi)部結構進行識別。在此基礎上，按照上述建模方法進行斷層破碎帶的建模，根據(jù)斷層破碎帶邊界和主斷面之間的位置關系及斷層破碎帶內(nèi)部的組合結構，對斷層破碎帶的垂向體積大小采用不同的處理方式，從而建立含斷層破碎帶的地質體模型。根據(jù)地質上一系列的斷層封閉性研究方法［9-12］研究斷層破碎帶的封堵性，按照斷層破碎帶建模方法和斷層垂向體積大小處理方式，建立與地質上認識的斷層封堵性相一致的地質模型，從而為后期油藏數(shù)值模擬提供一個與地下真實情況更相符的地質模型。

過去，以“斷層兩盤砂泥對置斷層封閉，斷層兩盤砂巖對置則斷層開啟”的觀點來處理斷層兩盤的封堵性［13］，之后，又出現(xiàn)了“斷層的封閉性應該取決于斷層破碎帶內(nèi)部的充填物與兩盤巖層的排替壓力差”的觀點［14-15］，這都難以真實反映斷層封閉性。而今，提出了“儲層-斷層破碎帶-儲層”的對接模式［4］，通過這種模式和兩盤巖層的排替壓力差的結合，才能更真實地反映斷層的封閉性。金強等［4］對斷層破碎帶結構進行了識別，并將“儲層-斷層破碎帶-儲層”的對接模式與兩盤巖層的排替壓力差進行結合，分析判斷了每條斷層在各個地層中的連通性和每條斷層各個部分的連通性。在地質認識的基礎上，確定斷層破碎帶結構類型后，可以通過上述建模方法得出具有破碎帶結構形式的模型；識別出斷層破碎帶在各個地層、各個部分的封堵性后，可以將斷層破碎帶的封堵性作為2種極端屬性值來進行確定性建模。以具有完整破碎帶結構的模型為例，建立了屬性模型（見圖5）。

圖5 斷層破碎帶封堵性顯示結果

圖5a顯示的是沿著斷層破碎帶一邊具有封閉性，孔隙度可以賦值為0，而另一邊是開啟的，可以把孔隙度賦一個高值來實現(xiàn)；圖5b顯示的是斷層破碎帶在地層上半部分具有開啟性，而下半部分具有封閉性。利用這種方法，可以靈活處理各種復雜情況，更真實地表現(xiàn)斷層對流體運動的影響。

4 結論

1）斷層破碎帶在地質建模中往往只被當作一個斷層面進行處理，而在露頭顯示中呈帶狀分布，具有一定的體積。為了對斷層破碎帶的結構和屬性進行有效表征，需要將斷層破碎帶作為一個復雜帶而不是一個面進行建模。

2）根據(jù)不同的斷層面位置和斷層破碎帶結構形式，采用不同的建模處理方式，可以更好地對斷層內(nèi)部結構進行表征。

3）本文提出的斷層破碎帶建模新方法，能較好地表征斷層破碎帶的內(nèi)部結構，描述復雜的斷層封堵性，有利于提高流體預測的精度。

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